叠氮化钡的应用

背景及概述^[1]

近年来，随着灯泡工业的迅速发展，原有的灯用消气剂红磷、锆铝等已不能满足现有灯泡生产需要，从而开发了新的消气剂，叠氮化钡就是其中之一。特别是改革开放以来，由国外引进的汽车灯生产线和110V启辉器生产线等灯泡生产线都要使用叠氮化钡消气剂，因此有必要研究了解该消气剂的特点和使用方法，推广应用范围。

叠氮化钡亦称“氮化钡”。化学式Ba₃N₂。亮黄色晶体。真空下沸点1000℃，相对密度4.783。在水中分解成氢氧化钡和氨气。叠氮化钡作为一种新型的，性能优越的灯用消气剂被越来越多的光源生产厂家采用而替代传统的消气剂。更为突出的是，近年来，由台湾、韩国引进的汽车泡生产线，110V起辉器生产线，以及部份节日泡、装饰泡生产线等都要使用叠氮化钡作为消气剂，且用量与日俱增。国内使用的叠氮化钡全部依赖进口，而且由于它属危险品，并不是由国家外贸机构统一进口的，故而给使用单位造成很大困难。

特点及消气原理^[2]

晶体结构为菱型单斜晶系，通常市售的叠氮化钡带分子结晶水，它的一水化合物(Ba(N3)2·H2O)外观为白色结晶体，比重2.94，易溶于水，在水中溶解度为162g/L((55±5)℃)。若加温不经熔融就会脱水而转变为无水物。无水物也是白色晶体，常温下，在真空中也不分解，如在金属板上急热，只着火而不爆炸，对冲击、摩擦比较迟纯。加热到102℃开始分解产生氮气，反应式为：

继续加热则Ba3N2进一步分解，反应式为：

在空气中，游离出来的金属钡则迅速生成氧化钡或氢氧化钡、碳酸钡等。在灯中N2可作保护气体，Ba参与以下反应得到不同的反应产物，即起到消气作用：

H2O和CO为还原性气体，易使灯的某些金属表面的氧化物还原，以钼为例：

新产生的H2O和CO2又可被游离钡还原，所以用钡消气剂的灯，通电后其钼丝要比不用该消气剂清洁得多，从而获得更长的使用寿命。与以往使用的消气剂红磷相比，叠氮化钡有许多优点，首先是使用方便，球磨后即可使用，其次就是其吸气是在灯燃过程中，易随时吸收泡内释放的反应性气体，如O2、CO2、H2O等，而红磷吸气作用时间短，仅在最初蒸发时间内起去除氧气和水气的作用。

再就是制成的灯炮玻壳清洁透明，光通维持率高，而红磷会使玻壳带有微黄色，玻壳欠透明。另外，在雨季空气潮湿的情况下，红磷会转变成H3PO4，粘在灯泡上制成灯后，当灯通电时，磷酸与灯丝起化学反应，形成磷酸钨或其它磷酸盐，造成灯丝发脆。由此可见，使用钡消气剂无论是外观还是对灯内在质量的提高都是有益的。

应用^[2]

叠氮化钡属非蒸散型消气剂，主要用于各种充气白炽灯，如普通照明灯、红外线灯、仪器灯、照相、聚光、摄影灯以及汽车、拖拉机、摩托车灯等的生产，也可以作为自镇流高压汞灯外壳的消气剂，110V荧光灯起辉器用叠氮化钡作为电子发射材料兼有消气作用。在汽车灯生产中，因反应温度低等原因，使用叠氮化钡消气剂比锆铝消气剂更理想，普泡生产中，取代红磷可避免其溅射而造成的污点。

充气白炽灯所用叠氮化钡其纯度不小于94%，叠氮化钡、粘结剂和蒸馏水用量比约5∶1∶2，一次配料不能太多，这是由于N3-在含水溶液中久存易氧化而减效；球磨时间依据叠氮化钡和粘结剂粗细而定。用拇指和食指蘸上浆液相对摩擦无颗粒感时，可停止球磨。110V荧光灯启辉器所用叠氮化钡纯度要求在99%以上，因不加粘结剂，调整用水或用酒精，球磨时间要适当延长，以获得更细粉粒，使得溶液蒸发后粉料不致剥落。

叠氮化钡消气剂主要是在灯点燃后才起消气作用，所以灯丝上还需要蘸上少量红磷消气剂。由于叠氮化钡在分解过程中会产生氮气，真空的白炽灯不宜用叠氮化钡作消气剂，以免产生“跳电”，叠氮化钡的大量分解温度范围在210～310℃，可见其激活温度较低，通常灯泡排气的烘箱温度调整在360～380℃，使涂刷的叠氮化钡部分分解；可由其白色转变为灰色或灰褐色来判断，如果仍然为白色则说明温度太低，要调高排气温度。

普泡在抽真空到1.3Pa时，一个灯泡中残留的反应性气体的物质的量约2×10-8mol，即需消耗叠氮化钡0.01mg，再考虑灯泡材料放气，其数量即使是反应性气体的几倍也是很微小的，在实际生产中，白炽灯约消耗2mg叠氮化钡，大大超过实际需要的量，0.1kg便可用来配产5万支灯泡。金属叠氮化物是一类不稳定的化合物，易分解，分解时产生气体，体积急剧膨胀可导致爆炸，其爆炸危险性以下列顺序递增：叠氮化钠※叠氮化铵※叠氮化钡※叠氮化铁※叠氮化铜※叠氮化铅。

生产过程中及配制叠氮化钡浆液时严禁使用铁、铜、铅等金属器具，以防生成敏感易爆的叠氮化物，有些杂质还会降低叠氮化钡的消气能力。叠氮化钡系易燃物品，要防止跌落和剧烈冲击，在配浆液的工作场所中严禁吸烟和动用明火。叠氮化钡有毒，不可入口，操作完毕后应及时清洗干净，操作工序应有排尘防毒规范。叠氮化钡因其优点正得到越来越广泛应用。

制备^[3]

一种叠氮化钡的生产工艺，各成分的重量比，叠氮化钠∶氢氧化钠∶硫酸溶液∶氢氧化钡=1∶0.33∶6∶2.4，其生产工艺分(1)取叠氮化钠和氢氧化钠，(2)安装上滴液漏斗和冷凝器，冷凝器和二口烧瓶连接，(3)滴加40%的硫酸溶液，温度达105℃时，停止加热蒸馏，(4)继续搅拌，(5)过滤，(6)母液浓缩或进行重结晶，得叠氮化钡，(7)真空低温干燥；(8)过筛，(9)测定后包装。具有工艺简单优越，产品性能可靠等特点。

具体步骤为：取15克叠氮化钡和5克氢氧化钠装入250毫升三口蒸馏烧瓶中用100毫升水溶解，安装上滴液漏斗和冷凝器，冷凝器的一端用接头和带搅拌的500ml二口烧瓶连接，该烧瓶中含36克的氢氧化钡(8个结晶水的)和200毫升水，对上述的三口烧瓶加热，使叠氮化钠、氢氧化钠的溶液沸腾，接着就滴加40％的硫酸溶液90毫升，继续加热蒸馏到待三口蒸馏烧瓶内溶液温度达到105℃时，停止加热蒸馏，将二口烧瓶中的溶液继续搅拌10分钟后过滤可得到无水叠氮化钡，母液用带水冷却的旋转蒸发器浓缩，可得到一水合叠氮化钡，将上述的无水叠氮化钡和一水合叠氮化钡分别进行真空低温干燥；100目过筛，得到总的叠氮化钡25.4克。

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] 叠氮化钡消气剂及其应用

[3] CN96117183.9叠氮化钡的生产方法